Nieuwe vondst Belgische onderzoekers voor verbeteren perovskietzonnecellen

Via moleculaire engineering van interfacelagen hebben de Belgen een manier ontwikkeld om de prestaties van omgekeerde zogenaamde p-i-n-perovskietzonnecellen te verbeteren.

9 procent
De behandeling met 2 lagen resulteerde in een verbeterde efficiëntie, de relatieve stroomconversie-efficiëntie nam met 9 procent toe en de stabiliteit werd verhoogd. Bij het opschalen naar een mini-module bleven de prestaties bovendien behouden.

Vanwege hun buitengewone optische en elektronische eigenschappen zijn metaalhalogenide perovskieten naar voren gekomen als veelbelovende materialen voor de volgende generatie zonnecellen. De commercialisering vereist daarbij wel industrie-compatibele verwerkingstechnieken die onder andere de huidige stabiliteitsproblemen oplossen.

Transportlaag
Een onderzoekssamenwerking tussen imec en UHasselt in Energyville richtte zich op het verbeteren van de 2 perovskietinterfaces: de ‘bovenste’ interface tussen het perovskiet en de fullereen-C60 elektronentransportlaag en de ‘onderste’ interface tussen het perovskiet en de NiOx-gebaseerde gatentransportlaag.

Om de efficiëntie te verhogen, werden beide interfaces behandeld met een ammoniumzout, te weten 2-thiofeenethylammoniumchloride (teaci). De resultaten werden vergeleken met perovskietzonnecellen met onbehandelde lagen. Deze behandeling zal naar verwachting de prestaties verhogen door een 2D-perovskietlaag te creëren op het grensvlak. De perovskietzonnecellen met de bovenste en dubbele interfacelaag leidde volgens de onderzoekers tot een onderdrukking van niet-stralingsrecombinatie, een verbeterd interfaciaal contact en een geoptimaliseerde banduitlijning in vergelijking met beide controles. Dit leidde tot een zonnecel met een efficiëntie van 24,3 procent bereikt voor de zonnecellen.

Stabiliteit
‘Naast de toename in efficiëntie hebben we ook een opmerkelijke stabiliteit waargenomen', vertelt Tom Aernouts, R&D-manager van het Thin-Film Photovoltaics-team. ‘Na 1.000 uur continubedrijf onder belichting met 1 zon behielden de apparaten 97 procent van hun prestaties, wat tot de beste van dit moment behoort. Bovendien behielden de met dubbele laag behandelde zonnecellen na 1.850 uur veroudering 88 procent van hun oorspronkelijke prestaties, vergeleken met 55 procent bij de niet- behandelde zonnecellen. Samen tonen deze resultaten een buitengewone operationele en thermische stabiliteit van de behandelde perovskietzonnecellen aan.’

3,63 vierkante centimeter
Naast optimalisaties op celniveau onderzochten de onderzoekers ook verdere opschaling naar een minimodule met een actief oppervlak van 3,63 vierkante centimeter.

‘Onze onderzoeksgroep wil niet alleen efficiëntere, maar ook schaalbare perovskietzonnecellen ontwikkelen, die de weg vrijmaken voor commercialisering’, duidt Aernouts. ‘Daarom worden op het niveau van de pv-celproductie materialen en processen gekozen en geëvalueerd op basis van deze toekomstperspectieven.’

De modificatiestrategie, die resulteerde in zeer efficiënte, stabiele en schaalbare perovskietzonnecellen, biedt mogelijkheden voor een breed scala aan samenstellingen en andere apparaatarchitecturen, zoals tandemcellen. Aernouts besluit: ‘Aangezien dubbele interfacemodulaties effectief zijn gebleken in verschillende perovskietsamenstellingen, dragen deze bevindingen verder bij aan de ontwikkeling van schaalbare en commercieel levensvatbare perovskietzonneceltechnologie.’